книги из ГПНТБ / Левит А.М. Анализ газа и дегазация при разведке нефтяных, газовых и угольных месторождений

растворимостей различных углеводородных газов резко отлича­ ются друг от друга, вследствие чего по их соотношению в извле­ ченном газе нельзя судить об их концентрации в буровом рас­ творе, а следовательно, и в разбуриваемом пласте. Это создает дополнительные трудности даже в том случае, когда можно вести газовый каротаж по всем углеводородным газам.

Из двух газоанализаторов, установленных на газокаротажной станции АГКС-4, катарометр обладает ограниченной чувствитель­ ностью к углеводородным газам. Кроме того, при наличии значи­ тельных концентраций водорода в буровом растворе он без спе­ циальных ловушек совершенно не пригоден. У пламенно-ионизаци­ онного детектора этих недостатков нет.

Мы проверяли пригодность хроматермографа ХГ-1Г для про­ ведения газового каротажа при заливке нефти в буровой раствор на скв. 11031 Восточно-Лениногорской площади, где перед самым вскрытием пласта в глинистый раствор была залита сырая нефть

(4 м3).

После полного цикла бурового раствора по скважине показа­ ния хроматографа по тяжелым углеводородам достигли таких размеров, что пики не укладывались на ленте самописца даже при использовании четвертой шкалы (загрубление в 1000 раз). Что касается показаний прибора по метану и этану, то их пики вполне укладывались на ленте самописца и при использовании третьей шкалы (загрубление в 100 раз). Вследствие этого газовый каро­ таж проводился нами только по двум компонентам: по метану и этану. Пики остальных компонентов в расчетах не использовались. Результаты работ показаны на рис. 76.

Из рис. 76 видно, что продуктивный пласт проявил себя зна­ чительным повышением концентраций метана и этана. Когда после вскрытия пласта циркуляция бурового раствора проходила без бурения, концентрации метана и этана быстро упали до фоно­ вых. Момент прекращения бурения с учетом отставания отмечен на газокаротажных кривых черточками.

Из изложенного видно, что методика ведения газового каро­ тажа по метану и этану с использованием хроматермографа ХГ-1Г при-заливке сырой нефти в буровой раствор является перс­ пективной.

Хроматермограф ХГ-1Г использовался нами для ведения газо­ вого каротажа на скважинах, расположенных в Припятском про­ гибе (БССР), где бурение велось на буровом растворе с добав­ ками значительных количеств сырой нефти, т. е. в условиях, когда результаты, получаемые по старой методике, большей частью не поддаются интерпретации. Работа проводилась совместно с со­ трудниками' Гомельской промыслово-геофизической экспедиции.

Рассмотрим результаты, полученные на скв. 67 Осташковичской площади, где газовый каротаж проводился по метану, этану и пропану в интервале 2625—2775 м. До глубины 2625 м скважина была обсажена технической колонной. После обсадки скважина

181

бурилась долотом диаметром 140 мм на водонефтяном растворе (плотность 1,1 г/см3 и вязкость 25 с).

Р и с . 76. Р е з у л ь т а т ы га з о в о г о к а р о т а ж а в п р о ц е с с е б у р е ­ н и я н а гл и н и с т о м р а с т в о р е с д о б а в к о й н е ф ти (4 м 3)

рис. 77.

Из рис. 77 видно, что по данным газового каротажа кровля межсолевой нефтяной залежи, вскрытой на глубине 2656 м, отби-

.вается газопоказаниями от 1 до 3% при фоновых значениях 0,2%.

182

По высоким газопоказаниям уверенно выделены пласты в интер­ валах 2656—2668 и 2707—2714 м. По данным'НГК и БК признаки нефтенасыщенности отмечены по всей толще в интервалах 2656— 2740 -м. По-видимому, пласты, выделенные по газовому каротажу, представляют наибольший интерес, так как они являются наибо­ лее проницаемыми и через них поступили углеводороды из пласта в буровой раствор.

Р и с . 77. Р е з у л ь т а т ы г а з о в о го к а р о т а ж а п о м е т а н у , э т а н у и п р о п а н у п р и б у р е н и и с кв . 67 О с т а ш к о в и ч с к о й п л о щ а д и Б С С Р н а гл и н и с т о м р а с т в о р е с д о б а в к о й н е ф ти

Иногда отдельные интервалы удается отбить по всем четырем углеводородным газам.

Приведенные результаты, как и результаты, полученные на других скважинах Припятского прогиба, показывают, что при по­ мощи хроматермографа ХГ-1Г можно надежно выделять нефте­ носные и газоносные пласты даже при наличии значительных ко­ личеств сырой нефти в буровом растворе. В зависимости от кон­ центраций различных компонентов в извлеченной газовой смеси,, для интерпретации используются метан, метан + этан, метан+• + этан + пропан и все четыре углеводородных газовых компонента.

значительные количества газообразных и парообразных углеводо­ родов. Эти загрязнения могут оказать неблагоприятное влияние при ведении газового каротажа по всем шести компонентам. Для очи­ стки газовоздушной линии от загрязнений мы поместили ее в ведро с горячей водой (80—90°) и в течение 3 ч пропускали через нее воздух. После этого прокачиваемый через линию воздух давал на хроматермографе ХГ-1Г нулевые показания по всем компонентам даже при использовании самой чувствительной шкалы прибора.

Оптимальные условия применения различных газоанализаторов при газовом каротаже. В настоящее время в газовом каротаже для непрерывного суммарного определения углеводородных газов и для их компонентного анализа применяются различные газоана­ лизаторы. Для повышения качества анализа при проведении газо­ каротажных работ в различных геолого-технических условиях необ­ ходимо было выяснить возможности и ограничения каждого газо­ анализатора в зависимости от вязкости и газонасыщенности бурового раствора и от добавления к нему значительных количеств нефти.

Показания различных газоанализаторов при проведении газо­ вого каротажа в различных геолого-технических условиях бурения скважины приведены в табл. 34.

Из табл. 34 видно, что при отсутстйии в буровом растворе зна­ чительных добавок нефти и при слабой газонасыщенности буро­ вого раствора (I; 1) следует непрерывный суммарный анализ углеводородных газов проводить на газоанализаторе с пламенно­ ионизационным детектором, а компонентный анализ — на хрома­ термографе ХГ-1Г. При средней газонасыщенности бурового рас­

мограф ХГ-1Г. При значительном содержании углеводородных

хроматермограф ХГ-1Г. Если нетекучий буровой раствор еще за­

для малонасыщенных растворов (III; 1) пригоден хроматермограф ХГ-1Г. При средней и значительной газонасыщенности сильно за­ грязненных нефтью буровых растворов и при отсутствии в них водорода и углекислого газа (III; 2, 3) следует для непрерывного суммарного анализа примёнять газоанализатор с катарометром,

184

Таблица 34

О в о з м о ж н о с т и и с п о л ь з о в а н и я р а з л и ч н ы х га з о а н а л и з а т о р о в д л я а н а л и з а га з а , и з в л е ч е н н о го и з б у р о в о го р а с т в о р а р а з л и ч н о й в я з к о с т и и га з о н а с ы щ е н н о с т и ,

с д о б а в к а м и и б е з д о б а в о к н е ф ти

Примечание. Здесь знаком «+ » отмечены условия надежной работы данного газоанали­ затора, а знаком «—» условия, когда показания газоанализатора ненадежны.

а для компонентного — хроматермограф ХГ-1Г. При наличии во­ дорода и углекислого газа и при отсутствии ловушек для их по­ глощения следует катарометр заменить хроматографом с пламенно­ ионизационным детектором.

. Из табл. 34 видно, что наиболее универсальным и чувствитель­ ным для газового каротажа является хроматермограф ХГ-1Г. Этот хроматермограф надежно работает при заливках нефти в буровой раствор, при наличии в буровом растворе значительных концентра­ ций водорода и углекислого газа, при малом содержании углево­ дородных газов в буровом растворе и при использовании буровых растворов высокой вязкости.

Из всего изложенного следует, что хроматермограф ХГ-1Г должен применяться в следующих случаях.

1. При проведении газового каротажа в процессе бурения глу­ боких скважин, где вследствие низких скоростей бурения газона­ сыщенность бурового раствора невелика и установленные на газокаротажных станциях газоанализаторы с термохимическими и тер­

185-

мокондуктометрическими детекторами часто не отмечают пройден­ ные скважиной нефтеносные и газоносные пласты.

2. При проведении газового каротажа после перерыва цирку­ ляции бурового раствора, когда вследствие малой газонасыщен­ ности бурового раствора пройденные продуктивные пласты не от­ мечаются установленными на газокаротажной станции газоанали­ заторами с термохимическими и ' термокондуктометрическими детекторами.

3. При проведении газового каротажа на скважинах, где гли­ нистый раствор содержит значительные количества водорода или углекислого газа. На применяемых газоанализаторах эти газы ис­ кажают результаты анализа, а газоанализаторы с пламенно-иони­ зационными детекторами совершенно не чувствительны к этим газам.

4.При бурении нефтяных пластов с малым газовым фактором, где вследствие малого поступления газа в буровой раствор приме­ няемые газоанализаторы могут их не отмечать.

5.При бурении скважин на весьма вязком буровом растворе, когда вследствие малой степени извлечения газа из бурового рас­ твора концентрации углеводородных газов в газовоздушной смеси очень невелики.

6.При использовании вязкого бурового раствора со значитель­

ными добавками нефти, когда катарометр дает весьма малые по­ казания.

7.Для предупреждения выбросов при подходе к продуктивному пласту. Пламенно-ионизационный газоанализатор начинает давать высокие газопоказания за несколько метров до вскрытия продук­ тивного пласта, и этим можно в ряде случаев предупредить вы­ бросы.

8.При проведении газового каротажа даже на таких площа­ дях, где применяемые газоанализаторы отбивают продуктивные пласты. Показания пламенно-ионизационного газоанализатора бо­ лее стабильны, а диапазон анализируемых концентраций значи­ тельно шире.

О возможности проведения газового каротажа в процессе бу­ рения скважины по результатам периодического анализа газа, из­ влеченного из проб бурового раствора. В настоящее время в газо­ вом каротаже используются результаты как непрерывного суммар­

ного определения углеводородных газов на газоанализаторе НГ-1, так и результаты ихпериодического компонентного анализа на хроматермографе ХТ-2М.

На выпускаемой в настоящее время газокаротажной станций АГКС-4 для непрерывного суммарного определения углеводород­ ных газов используется катарометр ДГРП-2, а для периодического компонентного анализа — весьма чувствительный хроматермограф ХГ-1Г (продолжительность анализа 2 мин) [53].

В связи со значительным сокращением продолжительности ком­ понентного анализа встает вопрос о возможности проведения га-

186

зового каротажа исключительно по результатам периодического компонентного анализа извлеченного газа. Вопрос стоит не только о возможности отбивки продуктивных пластов, но и о возможности использования результатов периодического газового каротажа для количественных расчетов.

Для выяснения погрешности, допускаемой при определении количества газа, выносимого буровым раствором на дневную по­ верхность, при отборе проб раствора через 1 мин мы из баллона в процессе циркуляции бурового раствора впустили в скважину Щелковского подземного газохранилища определенное количество метана, и затем через каждую минуту (t) отбирали пробу буро­ вого раствора (V = 120 мл). Отобранные пробы были продегазированы на дегазаторе СД-1, а извлеченные газы анализировались на

забой находился на глубине 1100 м. От 650 до 1100 м скважина бурилась долотом диаметром D2 = 247,7 мм. Давление газа в бал­ лоне до запуска рі = 60 кгс/см2, после запуска р2 = 25 кгс/см2; объем баллона Ѵб = 40 л. Запущенный в скважину индикатор вышел на поверхность через 28 мин. Скорость циркуляции бурового рас­ твора, рассчитанная по времени движения индикатора и по пас­ портным данным насоса, составляла 23 л/с.

Количество газа, выносимое буровым раствором на дневную поверхность, рассчитывалось нами по результатам анализа газа, извлеченного из отдельных проб бурового раствора, по формуле

Из приведенных данных видно, что время циркуляции бурового раствора с высоким газосодержанием составляло 14 мин (это при скорости бурения скважины 10 м/ч соответствует пласту мощно­ стью 2,3 м) и что на каждый метр проходки приходится шесть проб, этого вполне достаточно.

Количество метана, запущенного в скважину, определялось по формуле Ѵ "=(р 1— р2) Кб, У "= (60 — 25) -40=1400.

проведенных нами ранее, ошибка нередко бывала в 2—2,5 раза больше, но и погрешность в 15% в настоящее время вполне до­ пустима.

Из приведенных расчетов видно, что при периодическом ежеми­ нутном анализе газовой смеси, извлеченной из бурового раствора, можно с допустимой погрешностью определить количество газа, выносимого буровым раствором. Эти данные могут быть исполь­

187

зованы затем для определения остаточной газонасыщенности раз­ буриваемых пород.

Возможность отбивки газонасыщенных пластов по результатам периодического газового каротажа с отбором проб бурового рас­ твора через каждые 2—4 мин видна по результатам, полученным

Рис. 78. Результаты периодического газового каротажа, получен­ ные в процессе бурения скважин на Щелковском подземном газо­ хранилище:

а — в скв. 109; б — в скв. ПО

нами при вскрытии эксплуатационного пласта на скв. 109 и ПО Щелковского подземного газохранилища.

95 кгс/см2. Для определения газосодержания бурового раствора

188

раствора. Содержание метана в пробах входящего бурового рас­

99 кгс/см2. Для определения газосодержания бурового раствора было отобрано 80 проб выходящего из скважины и входящего в нее бурового раствора. Содержание метана в пробах входящего бурового раствора составляло 53% от его содержания в пробах выходящего бурового раствора.

Результаты газового каротажа по приращению газосодержания бурового раствора, полученные на этой скважине, показаны на рис. 78, б.

Из рис. 78 видно, что при частом отборе проб (через 2—4 мин) можно по результатам анализа извлеченных газов отбить газонос­ ные пласты. Аналогичные результаты получены нами и на 22 дру­ гих скважинах Щелковского подземного газохранилища.

Из изложенного следует, что периодическая методика отбора проб бурового раствора и анализа извлеченного газа при продол­ жительности периода 2 мин при обычных скоростях бурения (<30 м/ч) вполне пригодна не только для отбивки продуктивных пластов, но и для количественных расчетов. Можно вполне пред­ полагать, что когда продолжительность отбора и дегазации проб и анализа извлеченных газов будет сокращена до 1 мин, можно будет полностью отказаться от непрерывного суммарного ана­ лиза углеводородных газов при газовом каротаже и газометрии скважин.

Универсальные хроматографы

В универсальных хроматографах за один анализ определяются как углеводородные, так и неуглеводородные компоненты. К та­ ким приборам относятся хроматографы «Цвет-1», УХ-2 и др.

Хроматограф ЛХ-1 («Цвет-1»). Этот хроматограф является универсальным лабораторным прибором для анализа смесей ор­ ганических и неорганических веществ с температурой кипения до 350°. Он состоит из трех блоков: термостата, управления и само­ писца. На приборе установлены два детектора: пламенно-иониза­ ционный и катарометр.

Для разделения анализируемых смесей используются газоад­ сорбционная, газожидкостная и капиллярная хроматография и применяются силикагель, алюмогель, активированный уголь, цео­ литы и набор носителей и нелетучих жидкостей.

189

Вкачестве газов-носителей применяются водород, воздух, ар­ гон, азот, гелий и др.

Вприборе применяются насадочные колонки из нержавеющей стали длиной от 1 до 6 м с внутренним диаметром 4 мм и наруж­ ным диаметром 6 мм и капиллярная колонка длиной '50 м и внут­ ренним диаметром 0,3 мм. При геохимических исследованиях ка­ пиллярные колонки не применяются.

Разделительные колонки и катарометр установлены в термо­ стате с принудительной вентиляцией, где выдерживается темпера­ тура от 30 до 300° с точностью ±0,5°. Этим достигается стабиль­ ность з работе прибора. Воспроизводимость результатов, получа­

емых на приборе ЛХ-1, не хуже ±1,5%.

Для регистрации результатов анализа применяется самопишу­ щий потенциометр ЭПП-09 со шкалой на 10 мВ.

Капиллярная колонка с пламенно-ионизационным детектором обычно используется для анализа многокомпонентных смесей труд­ норазделяемых органических веществ. Максимальное время вы­

родных газов и некоторых углеводородных газов средних концент­ раций.

Для одновременного анализа углеводородных и неуглеводород­ ных газов пропускают разделенную смесь последовательно через катарометр и пламенно-ионизационный детектор.

При одновременной работе двух детекторов к прибору при­ соединяется дополнительно еще один самописец.

Хроматограф УХ-2 предназначен для анализа веществ с тем­ пературой кипения до 300°. Установленные на приборе две хрома­ тографические колонки общей длиной 12 м выполнены в виде спи­ ралей. Перед каждой колонкой находится дозатор. Имеется си­ стема переключения потока газа-носителя. В зависимости от положения переключателя колонки могут быть соединены либо параллельно, либо последовательно. Предусмотрено улавливание отдельных фракций разделяемой смеси и обратная продувка ко­ лонок.

Прибор термостатирован. Режим работы изотермический. Тем­ пература термостата может быть установлена от 40 до 210° с точ­ ностью ±0,5°. На приборе установлены два детектора: термокон­ дуктометрический (катарометр) и пламенно-ионизационный. В ка­ честве регистратора служит самопишущий потенциометр ЭПП-17М2 со шкалой до 1 мВ.

Кроме описанных существуют универсальные хроматографы с пятью детекторами и большим набором набивных и капиллярных колонок, адсорбентов, неподвижных жидкостей и носителей.

Препаративные хроматографы. Препаративная хроматография

190